本公开总体上涉及钻地工具的切削元件以及相关的钻地工具和方法。更具体地，所公开的实施方案涉及用于生产包括热稳定聚晶金刚石切削台的切削元件的技术，并且涉及相关的切削元件和钻地工具。
背景技术：
1、用于在地下地层中形成井眼的钻地工具可包括固定到主体的多个切削元件。例如，固定刀具钻地旋转钻头(也被称为“刮刀钻头”)包括固定地附接到钻头的钻头主体的多个切削元件。类似地，牙轮钻地旋转钻头包括安装在轴承销上的牙轮，该轴承销从钻头主体的支腿延伸，使得每个牙轮能够围绕该牙轮安装在其上的轴承销旋转。多个切削元件可安装到钻头的每个牙轮。
2、用于钻地工具的切削元件通常包括聚晶金刚石复合片(pdc)刀具，这些刀具是包含聚晶金刚石(pcd)材料的切削元件。此类聚晶金刚石切削元件通过以下方式形成：在高压和高温条件下，通常在存在金属溶剂催化剂(通常包含过渡金属元素，诸如钴、铁或镍，或者具有此类元素的合金或混合物)的情况下，将相对较小的金刚石晶粒或晶体烧结和键合在一起，以在切削元件基底上形成聚晶金刚石材料层(例如，金刚石台、切削台等)。这些工艺通常被称为高温/高压(“hpht”)工艺。可将催化剂材料与金刚石晶粒混合，以减少在hpht工艺期间氧气和二氧化碳对金刚石的氧化的量，并且促进金刚石与金刚石键合。
3、切削元件基底可包含金属陶瓷材料(即，包含嵌入金属基相内的硬质陶瓷颗粒相的颗粒基复合材料)，诸如钴结合碳化钨。在此类实例中，切削元件基底中的钴(或其他催化剂材料)可在烧结期间被吸入金刚石晶粒或晶体中，并且用作由金刚石晶粒或晶体形成金刚石台的催化剂材料。在其他方法中，粉末催化剂材料可与金刚石晶粒或晶体混合，然后在hpht工艺中将晶粒或晶体烧结在一起。
4、在使用hpht工艺形成金刚石台时，催化剂材料可能残留在所得聚晶金刚石台中金刚石晶粒或晶体之间的间隙中。当切削元件在使用期间被加热时，由于切削元件和地层之间的接触点处的摩擦，金刚石台中存在催化剂材料可能导致金刚石台中的热损坏。
5、常规pdc制造依赖于在hpht合成期间迁移通过压实的金刚石进料的催化剂。传统的催化剂是钴基的，含有不同量的镍、钨和铬，以促进压实的金刚石材料之间的金刚石共生。然而，除了在hpht烧结期间促进金刚石与金刚石键合的形成之外，这些催化剂还不利地促进了例如在钻孔操作期间使用切削元件时出现的升高的温度下由金刚石形成石墨。pcd材料中石墨的形成会由于转变期间大约57％的体积膨胀而使金刚石颈缩区域(即，颗粒界)破裂。这种相变被称为“逆转化”或“逆石墨化”，并且通常在温度超过750℃时发生(在钻孔应用期间在切削元件的切削边缘处和附近可达到此温度)。这种机制，加上温度超过600℃时金属相和金刚石的热膨胀系数和弹性模量不匹配，被认为是导致被称为“热稳定性”的一般性能标准降级的重要原因。从实验磨损条件来看，“逆转化”似乎是pcd热稳定性受损的主要原因，促进了在切削边缘处和附近金刚石台的过早降级以及因此促进了性能的过早降级。
6、为了减少与聚晶金刚石切削元件中不同的热膨胀速率和逆转化相关联的问题，已经开发了所谓的“热稳定”聚晶金刚石(tsd)切削元件。tsd切削元件可通过使用例如酸从金刚石台中金刚石晶粒之间的间隙中沥滤出催化剂材料(例如，钴)来形成。基本上所有的催化剂材料都可从金刚石台中去除，或者只有一部分可被去除。据报道，其中基本上所有的催化剂材料都已经从金刚石台中沥滤出的tsd切削元件在高达约1,200℃的温度下是热稳定的。然而，已经确定，与未沥滤的金刚石台相比，完全沥滤的金刚石台相对更脆并且更易受到剪切、压缩和拉伸应力的影响。在努力提供具有如下金刚石台的切削元件的过程中，该金刚石台相对于未沥滤的金刚石台更具热稳定性，但是相对于完全沥滤的金刚石台还相对没那么脆并且更不易受到剪切、压缩和拉伸应力的影响，已经提供了包括金刚石台的切削元件，其中从金刚石台中沥滤出切削面上以及在一些情况下沿着侧壁的催化剂材料的仅至少一部分。
7、通过在不存在常规催化剂的情况下在超高压和高温条件下烧结和键合小金刚石晶粒而形成的热稳定纯金刚石台已经展示出与沥滤的金刚石台相比毫不逊色至具有更好的切削性能和更高的热稳定性。然而，金刚石台中不存在任何金属成分使得难以将纯金刚石台固定到支撑基底和钻头主体。与未沥滤的金刚石台相比，纯金刚石台还相对更脆并且更易受到剪切、压缩和拉伸应力的影响。
技术实现思路
1、本公开的一些实施方案包括一种形成切削元件的方法。该方法可包括：执行第一烧结工艺，该第一烧结工艺包括在不存在金属溶剂催化剂的情况下在至少约1400℃的温度和至少约10gpa的压力下烧结离散的金刚石颗粒，以在该离散的金刚石颗粒之间形成直接的金刚石与金刚石键合，从而形成聚晶金刚石复合片；将碳化物材料和包含至少一种过渡金属元素的金属粘结剂设置在该聚晶金刚石复合片上方；以及执行第二烧结工艺，该第二烧结工艺包括在至少约1400℃的温度和至少约5gpa的压力下烧结该碳化物材料、该金属粘结剂和该聚晶金刚石复合片，以形成包含附接到该聚晶金刚石复合片的该碳化物材料和该金属粘结剂的支撑基底。该聚晶金刚石复合片的接近该聚晶金刚石复合片的暴露外表面的至少一部分可至少基本上不含该金属粘结剂。
2、本公开的附加实施方案包括一种用于钻地工具的切削元件。该切削元件可包括：聚晶金刚石复合片，该聚晶金刚石复合片包含相互键合的金刚石颗粒，其中该相互键合的金刚石颗粒之间具有间隙区域；支撑基底，该支撑基底包含碳化物材料和金属粘结剂，该金属粘结剂包含原位烧结到切削台上的金属溶剂催化剂；和阻隔材料，该阻隔材料位于该支撑基底和该切削台之间。该切削台的与该切削台的外切削表面相邻的至少一定体积可在该体积的该间隙区域中至少基本上不含金属溶剂催化剂。
1.一种形成聚晶金刚石复合片的方法，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其中将所述阻隔材料设置在所述聚晶金刚石复合片的至少一部分上方包括通过热喷涂涂覆工艺、化学气相沉积工艺和/或电化学沉积工艺来将所述阻隔材料沉积在所述聚晶金刚石复合片的至少所述部分上方。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述阻隔材料包含钽、铼、钨、铱、铪、铌、钼、钛和锆中的一种或多种，并且其中所述阻隔材料至少基本上防止所述金属粘结剂渗入到所述切削台中。
4.根据权利要求2所述的方法，其中所述阻隔材料包含非催化材料，所述非催化材料包含铂、铜、铅、银和金中的一种或多种。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所有所述聚晶金刚石复合片至少基本上不含所述金属粘结剂。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中在所述第二烧结工艺期间，所述金属粘结剂的至少一部分渗入所述聚晶金刚石复合片的在所述聚晶金刚石复合片的与所述碳化物材料相邻的一侧上的至少一部分中的间隙。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述碳化物材料包含离散的碳化物颗粒和/或经烧结碳化物颗粒中的一种或多种，所述经烧结碳化物颗粒包括通过所述金属粘结剂结合在一起的碳化物颗粒。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述聚晶金刚石复合片的厚度和所述支撑基底的厚度沿着所述聚晶金刚石复合片和所述支撑基底之间的界面区域变化。
9.一种用于钻地工具的切削元件，所述切削元件包括：
10.根据权利要求9所述的切削元件，其中所述支撑基底和所述切削台之间的界面区域是非平面的。
11.根据权利要求10所述的切削元件，其中所述支撑基底在所述界面区域处包括一个或多个突出部，并且所述切削台在所述界面区域处包括一个或多个对应的互补凹陷部。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的切削元件，其中所述支撑基底包括至少基本上包围所述切削台的至少一部分的侧壁，或者其中所述切削台包括至少基本上包围所述支撑基底的至少一部分的侧壁。
13.根据权利要求9至11中任一项所述的切削元件，其中所述切削台的厚度与所述支撑基底的厚度的比率在从约0.05扩展至约5的范围内。
14.根据权利要求9至11中任一项所述的切削元件，其中所述阻隔材料至少基本上沿着所述切削台和所述支撑基底之间的整个界面区域延伸。
15.一种钻地工具，所述钻地工具包括：